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Exercice corrigé : Oscillateur amorti forcé et résonance en amplitude

Résoudre une équation du second ordre à second membre trigonométriqueÉtudier le comportement asymptotique des solutionsMettre une solution sous forme amplitude-phaseOptimiser une fonction d'un paramètre

Dans l'esprit CCINP. Soit $\omega>0$. On considère sur $\mathbb{R}$ l'équation $$(E_\omega)\quad y''+2y'+5y=\cos(\omega x).$$

  1. Résoudre l'équation homogène associée. Montrer que toutes ses solutions tendent vers $0$ en $+\infty$.
  2. Montrer que $\chi(i\omega)\neq0$, où $\chi$ est le polynôme caractéristique. En déduire une solution particulière $y_\omega$ de $(E_\omega)$ de la forme $A\cos(\omega x)+B\sin(\omega x)$, avec $A$ et $B$ explicites. On notera $D(\omega)=(5-\omega^2)^2+4\omega^2$.
  3. Montrer que pour toute solution $y$ de $(E_\omega)$, $y(x)-y_\omega(x)\to0$ quand $x\to+\infty$.
  4. Montrer que $y_\omega(x)=R(\omega)\cos(\omega x-\varphi)$ pour un réel $\varphi$, avec $R(\omega)=\dfrac{1}{\sqrt{D(\omega)}}$.
  5. Déterminer la valeur de $\omega>0$ pour laquelle l'amplitude $R(\omega)$ est maximale, et la valeur de ce maximum.

Le cours associé

Équations différentielles linéaires

Notions à revoir

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